一種變電站電壓無功模糊專家控制系統的設計

摘要：本文對變電站電壓無功控制的技術進行了研究，提出了模糊專家控制的變電站電壓無功控制系統。該系統不僅能避免大量的數學計算，而且能有效減少有載調壓變壓器的分接頭的調節次數和并聯電容器組的投切次數，提高了變壓器和電容器的運行壽命。

關鍵字：模糊專家控制系統；電壓無功控制；變電站

一、 引言

近年來，電力系統正在進行大的改造，電壓是衡量電力系統電能質量的一個重要指標，而電力系統的無功功率對電壓水平有很大的影響。變電站的改造是電力系統改造的重點。因此為了適應變電站自動化系統和電壓無功綜合控制改造的需要，利用現代控制技術設計一種合理高效并能達到綜合控制電壓無功的控制器勢在必行。

二、 變壓器電壓無功補償的的方案比較

變電站電壓無功控制的主要目的是提高變電站二次側的電壓質量和實現無功平衡。為了達到這個目的，變電站目前主要采用以下兩種調節手段，調節有載變壓器的分接頭和投切安裝在變壓器低壓側的并聯電容器組。這兩種調節和控制措施各有優缺點，必須把調節分接頭和控制電容器組的投切兩者結合起來，進行合理的調控，達到最優控制。

目前，國內外對這種雙參數控制提出不少控制方法，比較有代表性的方法有：

1.功率因數或母線電壓自動控制方法

根據用電網的功率因數或母線電壓的變化來決定電容器的投切，實現無功補償和電壓的調節。該控制方式通過功率因數變換器或單片機來控制，實現電容器的投切，但控制精度不高，難以保證電壓質量，效果比較差。[1]

2.九區圖實現電壓無功控制

九區圖控制方法是將電壓和無功上下限值劃分為九個區域，各個區域對應不同的控制策略。該控制方法在一定程度上能滿足運行要求，但可靠性和經濟性不強，容易出現“投切振蕩”。

3.人工神經元網絡實現電壓無功控制

應用人工神經元網絡方法實時控制電容器的投切，建立具有兩級人工神經元網絡的控制網絡模型。該方法用于控制電容器補償無功，實時控制所需計算量小。[2]但人工神經元網絡的訓練對訓練數據要求高，訓練數據的選取將關系到神經網絡性能的好壞。

4.模糊控制和專家系統相結合的方法

采用模糊控制和專家系統相結合的方法實現電壓無功綜合控制，即用模糊專家控制系統實現變電站電壓無功控制。該控制方法對分接頭和電容器組實現綜合控制，能更好的保持電壓在合格范圍內維持無功平衡，更好的保持電壓穩定。[3]

通過前面幾種控制方案的比較，本文引用模糊專家控制理論，改進傳統的九區圖法的電壓無功控制。該模糊專家控制器能很好的解決原九區圖和模糊控制的缺點，利用模糊專家控制算法得出電壓無功控制策略去控制分接頭調節電壓和電容器組投切補償無功，能有效地減少分接頭的動作次數，提高電壓質量。

三、電壓無功模糊專家控制器的結構

電壓無功模糊專家控制系統主要由模糊控制去控制變電站電壓和無功功率兩個變量，而專家系統主要

作用是監控系統狀態，動態指導調整電壓無功模糊控制系統的量化因子和比例因子，主要包含以下5個模塊：變電站運行信息獲取模塊、基于模糊控制器的電壓無功模糊控制模塊、基于專家系統的電壓無功綜合分析模塊、控制命令執行模塊、電壓和無功偏差的量化因子模塊以及電壓和無功的比例因子。控制系統框圖如圖1所示。

通過專家模糊模糊控制系統框圖可知，首先從變電站母線上采集電壓和無功的實時數據作為電壓無功模糊控制器的的輸入量，確定變電站的運行狀態，并通過模糊控制對此做出初步的控制策略。同時，電壓無功專家系統將根據系統的動態狀態信息，對電壓和無功的量化因子和比例因子進行動態選擇，模糊控制器根據專家系統所選擇的量化因子和比例因子并結合變電站的實際運行約束條件進行綜合決策分析，確定最終的電壓無功控制命令，通過控制命令模塊完成。

四、電壓無功模糊專家系統的仿真

利用Matlab中的模糊邏輯工具箱建立變電站電壓無功模糊控制器，得出仿真波形。圖2是采用模糊控制器后的電壓波形、無功波形、變壓器檔位調節及電容器組投切的情況。圖3是采用模糊專家控制系統后的電壓波形、無功波形、變壓器檔位調節及電容器組投切的情況。

通過圖2，圖3比較得，通過模糊專家控制的電壓和無功波形比模糊控制系統控制的更加平滑，效果更好；模糊專家控制的變壓器檔位和電容器組比模糊控制系統控制的調節次數少，投切次數也少。因此模糊專家控制對變電站電壓無功控制能保證變壓器二次側電壓維持在合格的范圍內，使變壓器高壓側的的無功能基本保持平衡，能有效地減少變壓器分接頭的調節次數和電容器組的投切次數。

5結語

通過國內外對變電站電壓無功進行控制的各種控制方案進行比較，提出了采用模糊專家控制對變電站電壓無功進行控制，該控制策略可以使變壓器分接頭和電容器組的動作次數更加合理，因此能降低其的運行和維護費用。

參考文獻

[1] 陸安定. 功率因數與無功功率[M].上海科學普及出版社，2004，89-95

[2] 趙永存，韓富春，尹慶富等. 基于九區圖控制的變電站電壓無功自動裝置[J]. 山西電力，2005（2）：1-3

[3] 李升，陳歆技，高山等. 基于模糊理論的變電站電壓無功控制策略研究[J]. 電力電容器 ，2005（3）：21-24

作者簡介：王莉，女，山西大學電子信息工程系，教師。聯系電話：18234180317 山西省太原市杏花嶺區大東關紅溝南街36號， E-mail：wl0610@126.com